CN102430628A - 一种多层金属复合板材的热成形方法 - Google Patents

一种多层金属复合板材的热成形方法 Download PDF

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胡平
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Abstract

本发明公开了一种多层金属复合板材的热成形方法，包括以下步骤：将冷却管路分别安装在模具的上模具和下模具中；将硼合金钢板材加热使之奥氏体化，随后将红热的板材送入有冷却管路的模具内、将模具放入有可控气氛保护加热炉进行热冲压成形；加热炉中温度控制在在750～800℃之间；在大于50℃/s的冷却速率下均匀冷却成形。通过试样硬度测试表明，采用本发明的方法制造的板材硬度从表面到内部逐渐增加，HRC硬度从20左右增加到50左右，这也说明热成形过程中试件得到均匀可控的成形与淬火。由于试样的强度分布与硬度分布趋势相同，说明本发明制造的金属复合材料为具有表面硬度、强度低而内部的硬度、强度高的连续梯度分布的复合材料。

Description

一种多层金属复合板材的热成形方法
技术领域
本发明涉及一种金属复合板材的成形方法，特别是一种多层金属复合板材的热成形方法。
背景技术
汽车轻量化的研究是现代汽车设计制造的一大主流。高强度材料的应用是目前轿车车身轻量化技术所走的一种普遍途径。近年来，发源于欧洲的高强度钢板热成形(也称作热冲压)技术受到工业界的关注。热成形工艺的技术优势是：能够成形强度高达1500MPa的零部件，可组焊成高强度驾乘单元，承受6t以上的静压而不损；通过减小壁厚或截面尺寸从而减轻质量(达18％～35％)，实现轻量化，并节约材料消耗。
热成形技术原理是把特殊的硼合金钢加热使之奥氏体化，随后将红热的板料送入有冷却系统的模具内冲压成形，同时被具有快速均匀冷却系统的模具冷却淬火，钢板组织由奥氏体转变成马氏体，从而得到超高强度比的钢板。热成形技术不仅有高强度比的优点，高温下，材料塑性、成形性好，能一次成形复杂的冲压件；高温下成形能消除回弹影响，零件精度高，成形质量好。热成形工艺打破常规，构思新颖，是冲压成形领域的前沿技术，可广泛应用于汽车前、后保险杠、A柱、B柱、C柱、车顶构架、车底框架以及车门内板、车门防撞杆等构件的生产。
但现有的热成形钢板，其沿厚度方向的硬度和强度性能基本上是相等的，不利于降低结构的峰值冲击力。
发明内容
为解决现有技术存在的上述问题，本发明要提出一种具有表面硬度、强度低而内部的硬度、强度高的多层金属复合板材的热成形方法。
为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：一种多层金属复合板材的热成形方法，包括以下步骤：
A、安装冷却管道：将冷却管道分别安装在模具的上模具和下模具中；
B、热冲压成形：将硼合金钢板材加热使之奥氏体化，随后将红热的板材送入有冷却管路的模具内、并将模具放入有可控气氛保护加热炉进行热冲压成形；加热炉中温度控制在在750～800℃之间；
C、快速均匀冷却：在大于50℃/s的冷却速率下均匀冷却成形。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1、由于本发明的板材采用了一种称为22MnB5的材料，是目前广泛应用于热冲压成形的钢板，这类钢的成分特点是在C-Mn钢的基础上添加一定质量分数的硼。固溶的硼偏析在奥氏体晶粒边界，延迟了铁素体和贝氏体的形核进而增加了钢的强度。通过三个试样硬度测试表明，材料的硬度从表面到内部逐渐增加，HRC硬度从20左右增加到50左右，这与金相试验观测到的微观组织相对应；三个试样的变化趋势基本一致，这也说明热成形过程中试件得到均匀可控的成形与淬火。根据硬度与强度及材料塑性之间的关系可知，该试样的强度分布与硬度分布趋势相同，而材料塑性性能的分布与硬度的分布趋势相反，这说明此金属复合材料为具有表面硬度、强度低而内部的硬度、强度高的连续梯度分布的复合材料。
2、本发明的原理是把特殊的硼合金钢加热使之奥氏体化，随后将红热的板村送入有冷却系统的模具内冲压成形，同时被具有快速均匀冷却系统的模具冷却淬火，钢板组织由奥氏体转变成马氏体，从而得到超高强度比的钢板。热成形技术不仅有高强度比的优点，高温下，材料塑性、成形性好，能一次成形复杂的冲压件；高温下成形能消除回弹影响，零件精度高，成形质量好。热成形工艺打破常规，构思新颖，是冲压成形领域的前沿技术，可广泛应用于汽车前、后保险杠、A柱、B柱、C柱、车顶构架、车底框架以及车门内板、车门防撞杆等构件的生产。
3、经过分析采用本发明制备的金属复合板材各层的硬度、强度及塑性性能的连续梯度分布规律；进而对防撞梁进行三点弯曲试验及数值模拟，证明了车门防撞梁热成形新型金属复合板材具有优越的承载性能，比常规高强度钢高3倍左右。
4、通过对比本发明制备的金属复合板材与内部各相材料在冲击载荷作用下的冲击力、吸能等性能，说明金属复合板材有助于降低结构的峰值冲击力，同时较平缓的冲击力水平及材料的逐层失效使结构保持较高的吸能能力。因此，金属复合板材综合了各单相材料的优秀性能，适合用于承受冲击吸能的构件的选材。
附图说明
本发明共有附图3张，其中：
图1是本发明的热成形模具示意图。
图2是本发明的零件试样图。
图3是试样沿厚度方向的硬度分布图。
图中：1、上模具，2、下模具，3、冷却管路，4、板材。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行进一步地描述。如图1-2所示，一种多层金属复合板材的热成形方法，包括以下步骤：
A、安装冷却管路3：将冷却管路3分别安装在模具的上模具1和下模具2中；
B、热冲压成形：将硼合金钢板材4加热使之奥氏体化，随后将红热的板材4送入有冷却管路3的模具内、并将模具放入有可控气氛保护加热炉进行热冲压成形；加热炉中温度控制在在750～800℃之间；
C、快速均匀冷却：在大于50℃/s的冷却速率下均匀冷却成形。
图3是按照本发明的方法制造板材4的材料性能试验曲线，从图3中可以看出硬度从表面到内部逐渐增加，HRC硬度从20左右增加到50左右，这与金相试验观测到的微观组织相对应；三个试样的变化趋势基本一致，这也说明热成形过程中试件得到均匀可控的成形与淬火。

Claims (1)

1.一种多层金属复合板材的热成形方法，其特征在于：包括以下步骤：
A、安装冷却管路(3)：将冷却管路(3)分别安装在模具的上模具(1)和下模具(2)中；
B、热冲压成形：将硼合金钢板材(4)加热使之奥氏体化，随后将红热的板材(4)送入有冷却管路(3)的模具内、并将模具放入有可控气氛保护加热炉进行热冲压成形；加热炉中温度控制在在750～800℃之间；
C、快速均匀冷却：在大于50℃/s的冷却速率下均匀冷却成形。
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